鄂尔多斯盆地西南缘中下侏罗统地层物源及构造演化对铀成矿的制约

Provenance and Tectonic Evolution of the Middle and Lower Jurassic Strata Constraints on the Uranium Mineralization in Southwest Margin of Ordos Basin

摘要

鄂尔多斯盆地西南缘位于阿拉善地块、秦岭造山带与祁连造山带3个构造单元的交汇部位，给含铀岩系地层的物源体系和铀成矿作用研究带来一定困难.通过选取泾川研究区的直罗组和延安组砂岩进行碎屑锆石U-Pb测年和微量元素研究，分析结果显示：泾川地区直罗组砂岩的碎屑锆石年龄呈215~767 Ma和 1 501~1 905 Ma；延安组砂岩的碎屑锆石年龄呈215~453 Ma、1 506~1 918 Ma和2 136~2 579 Ma.与源区同位素年代学对比认为直罗组和延安组砂岩的物源成分较为复杂，主要来自于阿拉善地块，其次来自于华北板块北缘和北祁连地区.从延安组到直罗组沉积期，祁连山和阿拉善陆块发生了快速隆升和剥蚀，为直罗组提供了物源，并且古生代和中生代侵入岩体提供物源的占比逐渐增大.研究西部靠近盆缘地区以中侏罗统砂岩层为找矿目的层，靠近盆内含矿层位逐渐变年轻.

关键词

鄂尔多斯盆地 / 泾川 / 中下侏罗统 / 碎屑锆石U-Pb年龄 / 物源 / 矿床 / 构造地质

Key words

Ordos basin / Jingchuan area / Middle and Lower Jurassic strata / U-Pb ages of detrital zircons / provenance / deposits / tectonics

0 引言

鄂尔多斯盆地作为我国北方中生代典型内陆沉积盆地和重要的含铀盆地之一（焦养泉等，2015，2022；刘池洋等， 2021），其砂岩型铀矿主要分布于盆地周缘，主要包括东北缘大营‒东胜铀矿带、西缘宁东铀矿带、东南缘黄陵铀矿带、西南缘彭阳‒泾川铀矿带4个铀矿（化）集区，前三者的主要含矿层位为中侏罗统直罗组，西南缘泾川地区近几年在下白垩统洛河组和环河‒华池组取得重要发现（苗培森等，2020；金若时和滕雪明，2022；朱强等，2022），而直罗组尚未发现一定规模工业矿体.

物源分析是盆地分析中再现沉积盆地演化、恢复古环境的重要依据.目前，鄂尔多斯盆地直罗组物源研究多集中于盆地北部、西部和东南部地区，前人根据岩石学特征、地球化学、构造背景、锆石定年等对物源进行诸多解释（赵俊峰等，2008；王盟等，2013；俞礽安等，2020b；Yu et al.， 2021），为本文提供了一定研究思路.对于西南部侏罗系下统地层物源，部分学者认为不同时期鄂尔多斯盆地的北缘、西缘、南缘均可作为盆地主要物源区，其物源主要来自周缘古老褶皱带、造山带，也有来自盆地内部的沉积岩（闫小雄，2001），也有部分认为六盘山地区延安组沉积物主要来自阿拉善地区和华北克拉通北缘以及盆内上三叠统的局部古隆起（郭佩等，2017）.

西南缘泾川地区处于鄂尔多斯盆地天环向斜构造单元，同时位于阿拉善地块、秦岭造山带与祁连造山带夹持环绕的特殊部位，是古亚洲洋构造域和特提斯构造域交汇的重要区域. 区内经历了多期强烈构造运动给沉积期物源恢复带来一定困难，也给盆地砂岩型铀矿的储层预测带来诸多不确定性.鉴于直罗组和延安组作为泾川地区的非主要含铀层位且埋深局部大于1 500 m，前人对其重视研究程度不足且较少在盆内采集样品对其开展相关研究，也未与其他地区的含矿直罗组进行对比研究.

综上，目前针对鄂尔多斯盆地西南缘中侏罗统地层的地质研究程度相对较低，尤其是物源体系特征的研究较为薄弱.沉积地层物源研究对于深部成矿的理解及勘探尤为重要，本次研究工作依托国家重点研发计划项目施工的SD01深地钻孔，揭露了深部直罗组和延安组，通过对采集的砂岩样品开展地球化学、岩石学特征、碎屑锆石年龄等对比研究，来探讨研究区侏罗系地层物源变化，为重塑鄂尔多斯盆地西南缘构造与物源演化过程提供线索，为盆地潜在铀储层预测以及铀源评价等方面提供重要借鉴.

1 地质背景及采样位置

鄂尔多斯盆地是发育在克拉通内部的多重叠合盆地，呈近南北向展布，北与阴山、狼山相邻，东侧为吕梁山隆起带， 南缘为祁连‒秦岭构造带， 西南则与六盘山构造带相邻（刘池洋等，2021）；新生代中晚期受地质演化、隆起、挤压等影响，区内构造活动频繁，后期改造强烈、地质特征复杂多样.

研究区位于鄂尔多斯盆地西南部，构造单元位于天环坳陷南部.区内中新生代盖层保存相对齐全，自下而上发育上三叠统延长群、侏罗系、下白垩统、渐新统、上新统和第四系.其中，侏罗系地层包括延安组、直罗组、安定组，下白垩统地层自下而上为宜君组、洛河组、环河华池组、罗汉洞组、泾川组.研究区的工业矿层为下白垩统洛河组和环河华池组，在直罗组和延安组也发育矿化特征（图1）.

本次主要是在泾川地区1个深部钻孔中挑选4件新鲜、无污染直罗组下段以及延安组的砂岩样品进行镜下鉴定及锆石测年.采集的4件碎屑锆石年龄样品分别取自直罗组YDHSD01-2、 YDHSD01-4钻孔中埋深1 712 m和1 693.8 m以及延安组YDHSD01-6、YDHSD01-8钻孔中埋深1 796 m和 1 823.4 m的灰色砂岩，采集位置见图2.

2 分析方法

本文锆石 LA-ICP-MS U-Pb 定年样品挑选均在廊坊诚信地质服务有限公司实验室完成.将岩石样品粉碎到50 μm后，经磁选和浮选出锆石精样，在双目镜下随机挑选出晶形、颗粒大小、磨蚀程度以及颜色不同的锆石颗粒，进而确保所选锆石具有代表性，保证实验的全面性和客观性.

在中国地质调查局天津地质调查中心实验测试室进行阴极发光（CL）照相和锆石U-Pb同位素测试.通过锆石阴极发光图像和透反射光图像进行观察，根据图像，尽量选择包裹体较少且吸收程度均匀的区域进行分析测试，从而保证获得可靠的实验数据.锆石年龄谐和图、加权平均年龄和频率图均采用ISO - PLOT 宏程序完成（Ludwig，2009）.

3 分析结果

3.1　锆石U-Pb年龄

四组样品中挑选的锆石阴极发光（CL）图像（图3）显示，锆石颗粒中等（50~100 μm），主要为无色自形、半自形晶体.由表1可知，YDHSD01-2样品Th/U比值大部分介于0.10~1.77，YDHSD01-4样品Th/U比值介于0.05~1.97，YDHSD01-6样品Th/U比值介于0.07~1.53，YDHSD01-8样品Th/U比值介于0.05~1.76.可以看出，四组样品Th/U比值大部分大于0.4（图4），指示岩浆成因碎屑锆石占大多数，Th/U比值在0.1~0.4范围内的锆石指示其在后期地质事件中受变质重结晶作用影响，搬运磨蚀（赵红格和刘池洋，2003）.Th/U的比值会随着研究区风化程度的增加而变大，样品碎屑锆石中的Th/U值为0.32~1.76，平均值为0.63，低于上地壳3.8，说明研究区风化作用程度较低.

根据年龄谐和图（图5）、年龄谱（图6）所示，四组样品测试结果良好，样品测点均位于U-Pb谐和线附近.YDHSD01-2样品的碎屑锆石²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄主要分布在268~291 Ma和1 780~1 840 Ma两个峰值之间；YDHSD01-4样品的碎屑锆石²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄主要集中分布在307~401 Ma和1 691~1 800 Ma；YDHSD01-6样品的碎屑锆石²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄主要集中分布在250~298 Ma、次为1 731~1 795 Ma以及2 280~2 490 Ma；YDHSD01-8样品的碎屑锆石²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄主要集中分布在260~340 Ma、次为1 790~1 870 Ma以及2 400~2 580 Ma.

其中，直罗组砂岩锆石年龄显示的年龄峰值区大致分为2组：第1组为早中侏罗世‒早奥陶世215~767 Ma，该组年龄占总体的49.3%；第2组为中元古‒早元古代1 501~1 905 Ma，该组年龄占总体的22%，另外855~1 489 Ma年龄区间呈现较大范围峰值；延安组砂岩锆石年龄显示的年龄峰值区大致分为3组：第1组为早中侏罗世‒早奥陶世215~453 Ma，该组年龄占总体的47%；第2组为中元古‒早元古代1 506~1 918 Ma，该组年龄占总体的30%，呈现出次级峰值；第3组为早元古‒早太古代2 136~2 579 Ma，该组年龄占总体的14%，为最低峰值区.

3.2　锆石微量元素

锆石的微量元素特征可以用来反映物源区的岩石类型、锆石成因以及源区构造背景等信息，为研究区物源分析提供依据.

YDHSD01-2样品中锆石稀土元素ΣREE为53.537×10^-6~2 694.38×10^-6 （平均值为731.54×10^-6），LREE/HREE=0.008~0.911（平均值为0.074）；YDHSD01-4样品中锆石稀土元素较高，ΣREE为74.72×10^-6~12912×10^-6 （平均值为1 096.8×10^-6），LREE/HREE=0.006~0.28（平均值为0.078）；YDHSD01-6样品中锆石稀土元素ΣREE为62.4×10^-6~2 878.5×10^-6 （平均值为678.5×10^-6），LREE/HREE=0.004~1.7（平均值为0.094）；YDHSD01-8样品中锆石稀土元素略低，ΣREE为40.79×10^-6~1 440.6×10^-6 （平均值为598.8×10^-6），LREE/HREE=0.003~0.613（平均值为0.072）.四组均表现为轻稀土元素亏损，重稀土元素富集的特征（图7）.四组样品中锆石REE球粒陨石标准化后表现出近似一致的左倾配分曲线，YDHSD01-6样品配分曲线较其他组样品平缓.四组样品都有一定程度的负Eu异常及强烈的正Ce异常，说明样品中碎屑锆石基本保留了岩浆锆石的特点.

Belousova et al.（2002）系统研究了各种类型岩浆岩中锆石微量元素的含量，并利用二维的锆石微量元素密度分布投影建立了岩性判别图.本文对泾川地区样品各年龄段的锆石微量元素进行投图，在图8a（Y-U）图解中样品投点主要落在花岗岩、正长伟晶岩（歪碱正长岩）及部分基性岩重叠区域；在图8b（Y-Nb/Ta）图解中样品投点主要落在花岗岩和基性岩、正长伟晶岩重叠区域中，部分投点落在碳酸盐中.通过图解中二元空间重叠程度，可以大致推断研究区锆石源区为花岗岩类，次为正长岩类及基性岩类，暗示物源区可能以酸性岩、花岗岩类为主，其次为中性正长岩类和基性岩类，这些证据为确定母岩提供了约束条件，指示了研究区可能有多个源区参与，也可能指示源区所经历的多期火山地质事件.

3.3　地层岩石学特征

所采集直罗组和延安组样品的岩性主要为灰色细粒长石石英砂岩，呈细砂状结构，块状构造，局部夹中砂岩、细砾岩.石英碎屑约占75%~80%；长石碎屑约占 5%~10%，多以斜长石为主，其次见少量绢云母；其他碎屑约占 1%~5%.岩石薄片镜下鉴定结果表明，砂岩碎屑颗粒粒度一般介于0.1~0.3 mm，碎屑物形状不规则.碎屑颗粒以次棱角状、棱角状为主，磨圆度中等.绢云母杂基物含量约为5%~10%，呈细鳞状分布于碎屑物之间.碳酸盐含量以方解石为主，约占2%，呈微粒状分布于碎屑物周围（图9）.胶结方式以泥质、硅质胶结为主，胶结物多以碎屑集合体或弯曲片状交叉分布在碎屑颗粒物之间.

4 物源分析

4.1　区域沉积学和岩石岩屑组合对物源的分析

通过分析目的层砂岩厚度的分布和变化可以侧面反映沉积物物源方向和沉积体系展布特征.根据前人编制的鄂尔多斯盆地直罗组下段沉积相图（图10）可以看出，盆地西部直罗组下段的沉积相以辫状河、曲流河沉积为主，展现了银川‒华池和平凉‒庆阳的两条古河道，银川‒华池古河道砂体由西北向东南不断分叉，演化成多条规模较小的分支河道，平凉‒庆阳古河道砂体由西向东分叉，两条河道的局部分支河道在华池地区汇聚，砂岩厚度增大.由于砂岩叠加厚度大的地方是河流经常流经的地区，因此研究区总体位于银川‒华池和平凉‒庆阳的古河道分叉交汇部位.该区直罗组下段砂岩厚度一般为60~ 80 m，表现为由西向东、由南向北厚度递减的趋势.

另外，根据研究区岩石及与南部崇信和北侧的环县、惠安堡地区薄片资料统计对比（表2），泾川研究区的直罗组下段砂岩主要为长石石英砂岩，成分成熟度为5.3~12.5；而北部惠安堡和南部崇信地区砂岩的石英含量小于75%，F1/R1小于1/3，成分成熟度分别为0.79~2.4和3.8~5.5，因此为岩屑砂岩；而环县地区的直罗组砂岩成熟度为45~88.研究区的直罗组砂岩成熟度高于北部惠安堡和南部崇信地区，低于环县地区.该结果与图10所反映的结果砂体展布特征一致.

因此，由上述直罗组下段砂体的展布形态和岩石岩屑组合特征可以综合判断出，泾川研究区的物源方向来自于西部和西北部方向.

4.2　锆石U-Pb年龄对物源的限定

前人研究指出，盆地演化经历了古生代前陆盆地和中生代坳陷盆地两个阶段， 早古生代盆地接受了浅海碎屑岩及碳酸盐岩沉积，晚古生代为稳定的海陆交互相沉积.晚三叠世形成内陆坳陷，沉积了巨厚的中生界河、湖相碎屑岩.本文通过对比研究区地层中的碎屑锆石年龄与盆地周边和邻近山体裸露的岩石年代，可以较好地反映出该地区的物源.为了确定研究区直罗组砂岩沉积物源，本文搜集了盆地周边阴山‒大青山、秦岭地区、阿拉善地块、祁连地区等周边地质体测年数据，基本反映了鄂尔多斯盆地周缘物源的空间和时间分布特点，所选数据均符合谐和度范围.

4.2.1　潜在物源区分布

（1）阴山、大青山造山带的碎屑锆石年龄主要呈现3个主要峰值区域（图11b），256~402 Ma之间为最高峰值，其次为1 579~2 100 Ma以及2 293~2 900 Ma.晚石炭世‒早中三叠世峰值区域的锆石主要包括冀北崇礼‒赤城海流图花岗岩278~299 Ma和镇宁堡片麻状二长花岗岩247~287 Ma；白云鄂博闪长、花岗质杂岩258~ 293 Ma（范宏瑞等，2009）；内蒙古四子王旗花岗岩252 Ma（柳长峰，2010），主要反映了阴山地区印支期岩体大面积发育，体现了华北板块与西伯利亚板块在晚二叠‒早中三叠世的强烈构造碰撞事件，且发育晚三叠世碱性侵入岩体（曾庆栋等，2012）.中元古代‒早元古代锆石主要有固阳‒武川地区的麻粒岩年龄为2 510~2 350 Ma，乌拉山‒集宁地区钾质花岗岩年龄（2 494±59） Ma~（2 371±38） Ma（吴昌华等，2006）等.它主要反映了华北克拉通2 500 Ma以及1 800 Ma左右两次强烈的构造热事件，其间还对应的是华北克拉通形成的时代，同时也是华北克拉通最显著的岩浆活动时期（耿元生等，2009）.

（2）阿拉善地区的碎屑锆石年龄主要呈现三个峰值区域（图11d），分别是250~298 Ma、1 790~1 870 Ma、2 400~2 580 Ma之间.晚古生代‒中生代锆石年龄占最大比例，其中具有代表性的有阿拉善右旗努尔盖月井子东北花岗闪长岩体年龄251~285 Ma、雅布赖西山花岗岩体年龄279 Ma以及伟晶花岗岩291 Ma；恩格勒特布格乌拉的斜长闪长岩258 Ma；萨尔台黑云中长片麻岩252 Ma；北缘朱拉扎嘎毛道地区酸性火山岩259 Ma等（李锦轶等，2012；贺锋等，2004；Xia et al.， 2006）.反映了晚古生代，尤其是晚石炭世‒晚二叠世，阿拉善地块的岩浆活动强烈.前人的研究表明，阿拉善地块存在古老的太古宙基底（耿元生等， 2007），具有代表性的锆石信息有阿拉善左旗伊克里浩特西片麻岩（1 864±14） Ma；左旗包罗项乌拉沟片麻岩（1 940±15） Ma；庆格勒图黑云母斜长片麻岩1 850 Ma（宫江华等， 2013）指示了阿拉善地块古元古代岩浆事件并广泛分布该时期的地质岩体，同时也体现了阿拉善地块基底副变质岩以古元古代年龄碎屑为主的特点.

（3）秦祁地区的碎屑锆石年龄主要呈现两个峰值区域（图11e， 11f），分别为402~624 Ma和750~1 500 Ma，前者代表的锆石有北祁连东段王家岔闪长岩456 Ma（陈隽璐等，2007）、段红土堡岩组变基性火山岩443 Ma（陈隽璐等，2006）和葫芦河群变质砂岩493 Ma（裴先治等，2012）；后者反映的是中新元古代岩浆热事件，如祁连山东段马衔山群侵入岩929~943 Ma（周雄等，2014）和兴隆山群火山岩824~723 Ma（徐学义等， 2008）.

综上所述，泾川地区样品砂岩碎屑锆石年龄峰值区域与阿拉善地块以及阴山‒大青山造山带的峰值区域具有良好的对应关系，可以初步推断其物源的来源方向，且物源组成较为复杂，这与前文所述微量元素投图结果相对应.其年龄峰值集中分布在早中侏罗世‒早奥陶世之间，反映了同时期物源区较强的岩浆作用，呈现出二叠纪241~299 Ma强烈的峰值区间，峰值为284 Ma，即地质时代限定为早二叠世，年龄分布具有向中生代早中期和晚古生代中期‒早古生代晚期扩展的趋势.西部紧邻的阿拉善地块，其古生代岩浆活动很广泛，由于强烈的块断作用，岩浆岩体剥露地表，同时后续经历了快速的抬升剥蚀，提供了物源.而拥有相同峰值区域的阴山‒大青山造山带则普遍缺乏早石炭世‒早奥陶世的岩浆作用记录.

另外，华北克拉通除南缘零星出露震旦系外，整体缺失震旦纪地层.因此，直罗组和延安组地层中的中新元古代的锆石可能来自于祁连造山带.总体来说，研究区的年龄峰值特征与北部造山带、北祁连和阿拉善地块的岩体都具体有明显的连续对应关系，说明研究区物源成分较为复杂，主要来自于阿拉善地块，其次来自于华北板块北缘，少部分来自于北祁连地区.

4.2.2　锆石年龄所反映的地质事件

鄂尔多斯盆地的发展和演化与华北克拉通有密不可分的联系，中元古代早期华北克拉通开始裂解，盆地发育大陆边缘谷、陆内坳拉槽等（段吉业等，2002）.晚元古代‒早古生代鄂尔多斯古陆作为华北板块的一部分，南北两侧发育稳定的被动大陆边缘，晚石炭世古亚洲洋板块俯冲至华北克拉通以下，晚二叠世‒早三叠世华北地块与西伯利亚地块完成了碰撞拼合，华北地块北部抬升，在此期间也形成了大量岩浆岩，同时地块之间的造山运动也使盆地北部华北克拉通的基底岩出露，为研究区地层提供物源.

阿拉善地块处于多个构造单元的复合部位，经历了多阶段构造演化以及多期次的构造‒热事件（耿元生和周喜文，2010），其基底形成于古元古代，中‒新元古代持续发展，古生代及中生代构造和岩浆活动强烈.据前人研究，晚奥陶世‒石炭纪阿拉善地块长期处于古亚洲洋向南的多期次俯冲的过程，导致晚奥陶世‒石炭纪的阿拉善地块内部广泛缺乏与之相关的同期沉积地层，表明阿拉善地块整体在晚奥陶世‒石炭纪处于造山抬升期.早二叠世‒中二叠世初，阿拉善地块晚期岩浆岩地化特征的多样性体现了地块由俯冲挤压环境转为陆内伸展环境，整体岩浆岩自南向北时代逐渐变新，从晚奥陶世‒石炭纪岩浆岩逐渐开始转变，主要以二叠纪‒晚三叠世岩浆岩为主（宫江华等，2013），反映了晚古生代的阿拉善地块构造及岩浆活动最为强烈，且阿拉善地区不同阶段的侵入岩都有出露，其中包括超基性岩、基性岩、中性岩、酸性岩等，以晚古生代的花岗岩类为主，最终地块在中晚二叠世完成碰撞闭合.燕山期近东西向的强烈构造挤压作用使阿拉善地块抬升隆起，并受到剥蚀作用，使研究区物源从早‒中三叠世的盆地北缘隆起区逐渐转变为西部阿拉善地区.

早古生代，秦祁地区为海槽活动期，鄂尔多斯板块为克拉通盆地发育时期.晚古生代开始造山运动，经历岛弧、弧后盆地的演变，形成了秦祁褶皱带，印支期至燕山期，秦祁褶皱带强烈隆升，形成冲断带；鄂尔多斯地块则进入陆相盆地发育期（万友利，2011），为陆相油田形成及造煤的重要阶段，晚三叠世秦祁地区闭合快速隆升，在侏罗系下统时期可能对西南缘泾川地区侏罗系地层的形成提供相应的地质年代碎屑物质供给.

区域构造演化表明，太行山‒吕梁山地区自白垩纪才开始逐步隆起，遭受剥蚀（黄志刚，2016）.燕山运动早期，鄂尔多斯盆地主要受由SW向NE的挤压推覆运动，于晚侏罗世在盆地西缘形成“古脊梁”与六盘山盆地隔离（李克永等，2016），在早白垩世六盘山西南缘陇山地区发生整体抬升（王师迪，2014）.因此，太行山‒吕梁山以及六盘山地区的隆升晚于中侏罗统地层的沉积，也就与其研究区的中下侏罗统地层物源供给没有关系.

根据前文所述，鄂尔多斯盆地泾川地区样品的岩石学特征，石英成分约占75%~80%；长石成分约占 5%~10%.长石的耐蚀性能较差，在运输过程中易出现水解、破裂等现象，因而随着运输距离的增加，长石很容易被剥蚀，因此可以通过比较不同源区的岩石成分判断物源搬运距离.盆地北缘纳岭沟‒大营砂岩的石英含量约为40%~50%，长石含量超过20%，表明其沉积物运输距离短，长石的风化程度低更接近物源（易超等，2014）；盆地西缘石槽村铀矿区直罗组砂岩石英含量为35%~67%，长石含量为30%~40%， 岩屑含量为1%~5%（俞礽安等，2020a）. 研究区相比于其他地区的岩石组分来说，石英成分占比增高，长石等其他组分占比偏低，可以有效反映了泾川地区侏罗系下统碎屑沉积物是经过较长距离搬运，从前人研究沉积相、砂体厚度等方面，可以综合判定是由西北至东南地区形成的.

值得注意的是，直罗组砂岩锆石测点（700~1 500 Ma）所占权重为18.9%，相比延安组该阶段年龄段样品测点权重（5.7%）明显增多，前文已阐述该时期的物源源区可能为北祁连山，说明从延安组到直罗组沉积期，祁连山发生了快速隆升，为直罗组地层提供了物源.另外，直罗组砂岩相比延安组砂岩在早元古代‒新太古代时期的锆石数量相对减少，说明随着祁连山的隆升剥蚀，古生代和中生代侵入岩体提供物源的占比逐渐增大.

综上所述，华北北缘造山带以及阿拉善地块相比于南缘秦祁地区抬升时期早，使得鄂尔多斯盆地整体呈北高南低的地形，导致华北板块北缘以及阿拉善地区的岩体受剥蚀作用，通过盆地水动力搬运作用，由北往南逐渐堆积，形成了西南缘地区下侏罗统地层，锆石特征表现出华北北缘造山带、阿拉善地块及少量北祁连山的源岩属性特征（图12）.

5 源区构造演化对铀成矿的制约

鄂尔多斯盆地中生代砂岩型铀储层主要包括了延安组、直罗组、洛河组、环河‒华池组等多个地层（焦养泉等，2015，2022；苗培森等，2020），不同期的构造演化过程对砂岩型铀矿储层的空间分布和铀成矿作用具有重要影响.其中，西南缘地区经历了3 个不同的重要构造演化阶段.

中下侏罗世，西南缘地区处于相对构造稳定状态，延安组和直罗组在埋藏过程中经历的后期改造作用不强，继承了古地貌的基本形态，保持了有利油气聚集的地层圈闭状态.延安组上部受剥蚀作用形成西南高、东北低的沟谷斜坡（王国壮等，2016）.受到古地貌分布特征影响，直罗组砂体展布特征与延安组相对应，以发育三角洲沉积为主，下部发育辫状河三角洲相，具有砂体巨厚，疏水性好，炭屑、有机质发育等特征；上部为曲流河三角洲相河道砂体与河漫滩泥岩共同构成储盖组合，致密性好，透水性差，对下部砂体进行遮挡.因此，直罗组下部地层提供了优越的砂岩型铀矿成矿空间.

晚侏罗世‒早白垩世，是鄂尔多斯盆地晚古生代以来最重要的构造活动期，区域构造线由EW 最终转化为SN 向或NNE向，岩浆活动强烈.受区域挤压应力场的作用，鄂尔多斯盆地处于快速坳陷沉降阶段，沉积中心向西迁移，泾川地区发育了一套风成沉积体系形成的巨厚层洛河组红色建造（Zhang et al.，2022；赵华雷等，2022）.与此同时，强烈的构造‒热事件活动促使盆地形成了高地温场，加快了深部烃源岩的热演化进程，使其进入生、排烃高峰期，天然气开始大量生成和大规模运移聚集.

晚白垩世以来，受东西板块汇聚作用的影响，鄂尔多斯盆地开始隆升剥蚀.西缘遭受强烈的构造挤压，发育大规模的褶皱及逆冲断层，形成西缘冲断带和天环坳陷（万天丰，2020）.褶皱冲断造成盆缘六盘山脉的隆升，盆内天环坳陷的挤压沉降，伴随系列微隆起的发育，形成了有利的构造圈闭和流体运移通道.另外，深部上三叠统延长组烃源岩形成的油气藏受到断裂构造触发，促使深层还原性流体上涌和表生含氧含铀流体耦合，铀成矿作用开始形成（Ren et al.，2022）.

值得注意的是，巴彦浩特盆地于中晚侏罗世开始演化为断陷盆地，随后沉降速率逐渐增大（刘绍平和刘学峰，2002），受断裂和沉降所限，阿拉善西北缘的岩浆岩发育区越过巴彦浩特盆地向泾川地区中下侏罗统地层提供铀成矿物质的几率较小；另外六盘山于早白垩世发生整体抬升，阻断了祁连山地区为泾川地区中侏罗统地层的铀源供给.可以看出，阿拉善地块和祁连山地区为鄂尔多斯盆地西南缘泾川地区直罗组地层提供铀成矿物质的贡献较小.

总之，随着中生代古气候由温暖湿润向干旱的转变和构造沉积的演化，盆地内发育了大量的烃源岩、煤系地层和巨厚的红色建造，分别为后期铀成矿提供了大量的还原性介质和容矿空间.盆地西缘断褶带中的直罗组作为该区的含煤岩系地层，由于富含炭屑、薄煤线等还原性物质，含氧含铀水进入盆地边缘如现今彭阳草庙地区，在延安组和直罗组地层中形成了铀富集作用，以至于难以继续向盆地内部行进到达泾川地区；而上部的洛河组在该地区遭受剥蚀或处于强氧化状态难以成矿.靠近盆内天环向斜的泾川地区广泛发育洛河组砂岩层，由于其属于特殊的风成沉积体系的产物，缺少炭屑、有机质和粘土矿物，均质性较强，使得含氧含铀水能够从盆地边缘出露区较为畅通的顺层到达泾川油气田区上部；深部发育的大量深大断裂导通了油气藏，造成了白垩系洛河组红层的灰色蚀变，形成了完整的补‒径‒排流体成矿系统，在深部含烃流体沿断裂的排逸通道处发生氧化还原作用而富集成矿（图13）.

因此，鄂尔多斯盆地西南缘的构造演化特征造就了西缘断褶带是以侏罗系砂岩层为找矿目的层，天环向斜泾川地区中下侏罗统地层难以接收到外部大量的铀源物质，也就无法形成一定规模的铀矿床，反而是上部的洛河组红色砂岩层具备了有利成矿条件；依此类推，随着靠近盆地内部，含铀储层将逐渐变为更加年轻的有利砂岩层.目前泾川的东部地区在环河华池组地层发现了工业矿体，也证实了这一认识.这些认识对确立找矿目的层和成矿预测具有重要指导意义.

6 结论

（1）泾川地区碎屑锆石微量元素岩性判别图显示锆石源区主要来自于中基性的岩浆岩；直罗组砂岩的碎屑锆石年龄呈215~767 Ma和1 501~ 1 905 Ma；延安组砂岩的碎屑锆石年龄呈215~ 453 Ma、1 506~1 918 Ma和2 136~2 579 Ma.与源区同位素年代学对比研究结果显示，物源主要来自华北板块北缘造山带及阿拉善地块的花岗闪长质侵入体等岩浆岩和片麻岩、麻粒岩等变质岩.215~700 Ma阶段的碎屑锆石，源区对应的是华北板块北缘造山带及阿拉善地块形成于华力西期、加里东期的中酸性侵入岩；1 500~1 900 Ma（中元古‒早元古代）、2 100~2 600 Ma（早元古代‒早太古代）的碎屑锆石则主要来自华北板块北缘造山带及阿拉善地块的花岗闪长质侵入体等岩浆岩和片麻岩、麻粒岩等变质岩；少量新太古代碎屑锆石主要来自华北板块北缘造山带.这说明泾川地区直罗组和延安组砂岩的物源成分较为复杂，主要来自于阿拉善地块，其次来自于华北板块北缘，少部分来自于北祁连地区.

（2）从延安组到直罗组沉积期，祁连山或者阿拉善陆块发生了快速隆升和剥蚀，为直罗组地层提供了物源，并且古生代和中生代侵入岩体提供物源的占比逐渐增大.

（3）砂岩型铀矿的不同时空成矿机制造就了研究区西部靠近盆缘地区以中侏罗统砂岩层为找矿目的层，而靠近盆地内部，含矿地层将逐渐变为更加年轻的砂岩层.该认识对确立找矿目的层和成矿预测具有重要指导意义.

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基金资助

国家自然科学基金委重点支持项目(92162212)

中国地质调查局地质调查项目(DD20221678-05)